Страничка эмбеддера, Форум

Всем привет! Так уж получилось, что я не так давно узнал о существовании этого форума, и о наличии на нём раздела, посвящённого катушкам Тесла. Посему выкладываю сюда свой последний проект по тематике данного раздела. Данная катушка была задумана мной довольно давно. Но взявшись бы за неё в то время, я скорее всего, не смог реализовать даже малой части того, что сейчас уже сделано.
Итак, катушка Тесла на мощном генераторном тетроде воздушного охлаждения ГУ-39Б-1. Лампа сама по себе довольно нетривиальная в использовании - ток накала 100А при напряжении накала 6,3В, это более 600вт только на один накал! Воздушное охлаждение анода не менее 600 кубометров в час, охлаждения требуют также и выводы катода и сеток. Лишь при поданном накальном напряжении и включенном обдуве анода она уже представляет из себя нехилую печку, чего уж говорить про номинальный режим. Впрочем, это всё можно прочесть в даташите к лампе. А теперь вернёмся к генератору.
Вначале был сделан накальник. Основа - трансформатор ОСМ-0,63. Первичка проводом 2мм, вторичка - таким же, но сложенным в 9 жил. Напряжение холостого хода 7,2в, хватает накалить и ГУ-10А. При подключении 39й проседает где-то на 0,3-0,4в, напряжение становится оптимальным на 39й, ещё немного садится на проводах. Сам транс лишь тёпленький, может работать неограниченно долго.

После припаял медную шину, чтобы можно было прикрутить провода до лампы. И тестово накалил ГУ-10А (опустив в ёмкость с водой)

Ну а после настала очередь ГУ-39Б-1

Это всё конечно хорошо, источник накала теперь есть. Но это лишь верх айсберга, и главное в любой катушке Тесла - это её колебательная система и источник анодного (основного) питания.
Начнём с первой. Для каркаса первички была куплена труба для канализации диаметром 25см. И медный одножильный провод диаметром 4мм. Сняв с него изоляцию, я намотал 35 витков, с отводом от верхних 6 витков. Больше, как правило, не нужно (опыт показал, что дальнейшую настройку лучше проводить, изменяя ёмкость ММС). Вот так оно начиналось...


Так моталось

После чего было пропитано лаком

Катушка обратной связи (ОС) намотана проводом аналогичным первичке, но толщиной 1,5мм. Технология такая же, в зазор между проводом укладывается нейлоновая верёвка, после чего всё пропитывается уретановым лаком. Витки с двух сторон каркаса также крепятся более тонкими шёлковыми нитками через отверстия в каркасе непосредственно к последнему, после чего с обратной стороны заливаются эпоксидкой (чтобы не пробило). Вот такая технология. Собственно, она никогда ещё не подводила меня.

Итак, с первичкой вроде закончили. Теперь - сердце блока питания - анодный трансформатор. Задумывая его, и начав поиск железа, я поначалу, и подумать не мог, какая же в реальности мощность будет нужна такому генератору. Начав с поиска трансформаторов габаритной мощностью от 4-5кВа, я смог найти выходной трансформатор от УПВ-1,25, имеющего выходной двухтактный каскад на двух лампах ГУ-81М. Габариты железа порадовали, впрочем, только лишь железо и было в нём ценно. Всё остальное делалось самостоятельно, были выточены из стеклотекстолита толщиной 6мм новые боковины каркаса, после чего приклеены к родным "трубам" из гетинаксоподобного материала.

Продолжим. Первичка транса моталась медной шиной 1х10мм, что было очень удобно.

Вторичка же, 1мм проводом ПЭТВ-2 1,0мм

И тут надо конечно, упомянуть, что межслойная изоляция выполнялась обычной лакотканью, а межобмоточная - тоже ей, но сложенной в 4 слоя. Тогда я наивно полагал, что в столь мощном устройстве такой подход мог быть вообще допустим... Но об этом немножко позже. А пока, вот так выглядел анодник сразу после намотки. Напряжение на выходе - чуть более 5кв.

Совсем забыл упомянуть вторичку трансформатора Тесла. Она была намотана на трубе 160мм диаметром и длиной 80см. Собсвенно, показанное в предыдущих фотках устройство для намотки - собиралось именно для неё. Вторичка была покрыта эпоксидкой.

Ну а теперь по охлаждению. Я уже упоминал, что лампа раскаляется просто чудовищно? Ну вот и чудовищный вентилятор подъехал. Встречайте - турецкий центробежный вентилятор для наддува котлов bahcivan aorb (BRDS 180-60, 1200 m³/h). Да, тясяча двести кубометров в час. Поток просто дичайший, и да, он вполне способен продуть лампу без проблем.

Но чтобы продуть её нормально, лампе нужна была грамотная крепёжная арматура. И таковая была изготовлена. На заводе был заказан стальной цилиндр, куда лампа бы вставлялась с минимальным зазором, и основание, которое бы служило одновременно и постаментом. Две этих детали были сварены воедино.


Как вы помните, греются у лампы ещё и выводы сеток и катода. Последние - особенно жестоко. Сказывается огромный ток накала и его тепловая мощность. Поэтому на оставшиеся выводы были сделаны и установлены веерные изоляторы из меди. Как показали испытания, выводы теперь никогда не нагреваются сильнее, чем бы их не могла терпеть моя рука. В реальности, я думаю, не выше 50 градусов.

Ну и апофеоз всего - изолятор из полиамида, служащий для разделения вентилятора и анода лампы по высокому напряжению и частоте.

Вернёмся теперь к источнику питания. Схема катушки, можно сказать, классическая. А значит, у неё имеется т.н. шифтер. Для последнего нужен конденсатор достаточной ёмкости под довольно высокое напряжение. Поиски заняли много времени, и наконец, были куплены восемь конденсаторов с комбинированным диэлектриком - к75-29а 1мкф 16кв. Каждый конденсатор весит около 8кг, а всего их 8 штук... Тяжело.


Время первого пуска стремительно приближалось, по быстрому из первых попавшихся дров было сделано основание под лампу с вентилятором

И, повозившись с настройкой резонанса, были получены первые нормальные для такой мощности стримеры


Видео:
https://www.youtube.com/watch?v=jkj_umY ... es&index=6
Как видно, катушка работает с прерывателем - тиристором (симистором), стоящим в цепи катода. Управление - с моего пульта.
Мощность, отжираемая от сети без прерывателя, кстати говоря, у этой штуки получилась просто чудовищная. Я был готов к току в 30 А, в 40, и возможно, в 50А. Но реальность оказалась иной. В непрерывном режиме (без прерывателя) ток, потребляемый ТОЛЬКО анодным трансформатором, оказался более 75А. Амперметр в 75А зашкаливал, после чего я прицепил амперметр на 100А... Лучше бы я его не цеплял. Чуть более 80А, что состаляло почти 16 (!) КВт мощности лишь по аноду. И надо сказать, я был готов к такому, хоть и не ожидал, что такой запас пригодится. Дело в том, что о запуске такого трансформатора просто от розетки не могло идти и речи. Один лишь его стартовый ток (при просто втыкании ни к чему не подключенного трансформатора в розетку) мгновенно отрубал 16А автомат, стоящий на квартиру. Не спасали даже сопельные 1,5мм алюминиевые провода в стенах, которым в обычном советском доме выполнена вся разводка. И я нашёл решение. Выполненный пару лет назад капремонт вместе с заменой щитков в подъезде также заменил и всю силовую разводку в них. Силовой межэтажный кабель, идущий прямо из подвала, теперь представлял собой не жалкое зрелище, а алюминиевые жилы толщиной в мизинец. Кроме того, вся разводка до автоматов и счётчика тоже была выполнена грамотной 2,5мм медной моножилой. Поставив дополнительный автомат на 40А номинального тока, я провёл отдельную силовую линию до своей комнаты прямо от щитка. Установил силовую розетку для электроплит на 32А номинала. И длинный, но воистину несгибаемый гибкий четырёхжильный кабель до моего потребителя (два по два провода впараллель, 1 на заземление).

Собствненно, силовая розетка была установлена задолго до запуска катушки. Анодник же нужно было хоть как-то проверить. А как же его проверить? Правильно, надо его подугать. Именно тогда и было выяснено, что за чудовище всё-таки, я сотворил. Это мало сказать. Будучи включенный напрямую, он выбивал ВСЕ автоматы, что были в его цепи, стоило лишь попытаться вытянуть со вторички дугу. Лишь используя ДВА балласта, по первичке - ЛАТР РНО на 20А, а по вторичке - конденсатор на 4мкф, я смог хоть как-то подугать его, получив дуги длиной более метра. Что будет, если дугать без балласта, при условии непроседаемого и неотключаемого источника напряжения, я представить не могу.


Видео с дуганием анодника
https://www.youtube.com/watch?v=ES-uQxGTmEc
И, как говорится, нет в жизни счастья. Получив стримеры длиной до 1,5м (до потолка именно столько, был зафиксирован скользящий разряд прямо в потолок), произошло непредвиденное.

Мой анодный трансформатор пробило.

Впереди был занявший целую неделю ремонт трансформатора, а на деле, полная его перемотка, с переосмыслением абсолютно всей его изоляции.

Теперь в качестве межслойной изоляции была использована чертёжная бумага толщиной 0,2мм, которая легко пропитывается эпоксидкой. Межобмоточная изоляция включала до 10 слоёв такой бумаги. Также первичка была также перемотана, и пропитана эпоксидкой. Более того, чтобы компенсировать потерю напряжения вследствии намотки вторички с отступом (отступы также заполнялись бумагой с эпоксидкой), была на 2 витка уменьшена первичка трансформатора. Она составляет теперь 136 витков. В целом, ток холостого хода трансформатора вырос с 3 до 4А, что для него вполне допустимо. Напряжение на вторичке всё-таки, немного уменьшилось. В общей сложности, было потрачено порядка 3-4кг эпоксидки, а сам трансформатор весит более 55кг. Остальное понятно думаю из фоток.





С посути новым анодником, макет был немедленно протестирован. В целом, ничего не изменилось, но за все следующие прогоны не было даже намёка на нестабильность, или какие-либо пробои. В целом, были протестированы транзисторный (на ИГБТ), тиратронный и тиристорный (симисторный) прерыватель. Именно последний и будет установлен в окончательный вариант конструкции, ибо показал максимальную надёжность и универсальность.





Видео:
https://www.youtube.com/watch?v=L_qrDwpUI2g

Ну и последний пост, которым я бы завершил описание своей конструкции. Генератор решено было разделить на два модуля - блок питания (он же пульт управления), и блок генератора. Для каждого из блоков были сварены каркасы из стального уголка 40мм толщиной 4мм. Блоки установлены на колёса. Блоки будут облицованы панелями из стеклотекстолита толщиной 5мм. Сами каркасы - краситься порошковой краской (генераторный блок уже покрашен)






Как видно, колебательная система будет установлена под наклоном вперёд. Связано это с тем, что при длине прямого разряда, установленная вертикально вверх вторичка будет просто пробивать в потолок. Кроме того, при прямой установке возможны были бы пробои непосредственно в корпус генератора.

мощно. ждем запуска в просторном помещении и с завершенным "корпусом"

Грандиозный проект!

вообще красава-так держать!

Спасибо! Впереди окончательный монтаж, буду потихоньку постить сюда фотки, и видео.

Надо подключить прерывательчик к этой штуке.

Она итак с прерывателем. Прерыватель при испытаниях использовался вот такой. Прерывание по катоду.

Итак, смонтированы цепи накала и батарея шунтирования катода. Проверен накал и его ток (стоит трансформатор тока), а после смонтирован и резистор гридлика (сделан он с большим запасом), номиналом в 200 Ом. Именно при таком его номинале на макете была получена наибольшая мощность.






Видео: https://www.youtube.com/watch?v=8WMhuU7wXUQ&t=1s

Ни чего не понимаю в лампах, но очень красиво! Готичность > 9000. Конечно, 100А накала по современным меркам смотрится жудковато, у многих вся тесла меньше потребляет.

Кстати, а сколько всего конструкция потреблять будет-то, ее хоть сеть домашняя выдержит?

Давно не заходил, увлёкся другим проектом.
Потреблять она будет в районе 15квт в непрерывном (без прерывателя) режиме. Уже давно проведена отдельная силовая линия в квартиру для подобных мощных потребителей.

А линия 3-фазная или простая 220?
Знаю народ проводил себе 3-фазную под официальным предлогом "хочу подключить электропечь".

Даааа. Это замечательно. Не каждая дрка такие стримера выдаёт. А тут ламповая. Ну, что ж хочется похвалить и по хорошему позавидовать. Респект ))

kazancevss писал(а):Даааа. Это замечательно. Не каждая дрка такие стримера выдаёт. А тут ламповая. Ну, что ж хочется похвалить и по хорошему позавидовать. Респект ))

На самом деле выжать большие стримеры намного проще из искровых и ламповых установок.
Постройка таковых из твердотельных компонентов раньше являлось чем-то вроде экзотики, всех удивляло что так вообще можно.
Сейчас конечно уже давно обыденность, и если сравннивать плюсы и минусы доступных технологий:
Ламповая:
+Схемы состоят из 3.5 деталей, самая дорогая из которых снимается с прадедушкиного телевизора за бесплатно.
+Разряды невиданной мощи практически без особых усилий;
+Легко гонятся частоты под 5 МГц или даже выше;
+Можно модулировать разряд аудиосингалом или прерыванием;
-Схемы настолько просты, что построив их ничему не научишься;
-КПД просто на дне, один накал на очень мощной лампе может сжирать под 300 Вт, обычно конечно меньше;
-Лампам приходит капут очень быстро;
Искровая:
+Конструкция собирается из палок и желудей;
+Термоядерный разряд, порой под 2 метра с установки высотой по пояс;
-Трещит неприятно до жути;
-Модулировать никак нельзя;
-Обгорает искровик;
Твердотельная:
+Очень высокий КПД, мало греется(если перегревается – вылетают транзисторы );
+Начав строить твердотельные Теслы можно набить крутой скилл в электронике и программировании. Кто наигрался просто с разрядами — логичесткое продолжение пути;
+Можно строить миниатюрные констуркции;
+Очень хорошо модулируются;
+/-Сложно и дорого — кому-то минус, а кого-то научит не включать со словами "авось не бахнет".
Итого — твердотельные проигрывают в разрядах, но зато работают как образовательный инструмент.
По мне кстати – строить транзисторные катухи это лучший путь в электронику. P.S. Ух я накатал.

А в ламповых нет резонанса в первичке?

iEugene0x7CA писал(а):Итого — твердотельные проигрывают в разрядах, но зато работают как образовательный инструмент.

Ну я не согласен, что DRSSTC проигрывает искровым по длине стримеров, тут просто все упирается в транзисторы, я видел дрки которые пуляют очень не хило намного превосходя SGTC при той же потребляемой мощности, если поставить дорогие IGBT модули по 400-600А то при хорошем цифровом драйвере будет очень мощная тесла, и очень энергоэффективная, в искровой много энергии уходит на разрядник он сильно греется. Но если говорить про уровень сложности и доступности материалов то да проще и дешевле будет от SGTC получить длинный стример, чем от DR. Ну, а так в обеих двойной резонанс и мощность большая.

Имел в виду высота стримера относительно трудности и дороговизны разработки.
Вот такое на ключах построить думаю выйдет в стоимость квартиры.

Само собой)) но такое на ключах будет потреблять меньше энергии,при одинаковой длине стримеров.
но стоить будет конечно феерических денег это не спорю)

Да и от этой Теслы сколько бабок уходит, наверно парню присылают не хилые такие счета за электричество, и это не считая стоимость самой Теслы, сколько там меди угрохано можно только представить, он же наверняка ее не напрямую от розетки питает, наверно целую трансформаторную подстанцию соорудил для ее питания

Давайте, я всё-таки разберу все распространённые мифы о ламповых катушках.
Итак, начнём.

+Схемы состоят из 3.5 деталей, самая дорогая из которых снимается с прадедушкиного телевизора за бесплатно.

Да, это несомненный плюс, но в очень мощном генераторе абсолютно каждый элемент схемы трансформируется во что-то совершенно невообразимое. Посмотрите на мой гридлик, например. И поймёте. А я ещё не собирал контурный кап даже.
И да, покажите мне такой телевизор, где ГУ-39Б можно найти. В мощной Тесле лампа - это на самом деле, меньшее, чего следует бояться. Очень корректным будет сравнение с АЭС, в эквиваленте которой лампа в VTTC - это сами ТВЭЛы. Ну а ведь кроме них нужно ещё столько всего понагородить, чтобы получить энергию. Тут тоже самое. Сама лампа обошлась мне в 1500р, но даже при цене в десять раз большей, это самое простое, купить лампу. Оснастка для лампы, система охлаждения, и самое главное - мощнейший БП - вот чего стоит бояться при сборке такой конструкции. Всё это стоит денег и труда.

+Разряды невиданной мощи практически без особых усилий;

Увы, это не так. Классическая VTTC с шифтером является ни чем иным, как QCW-Теслой. Со всеми преимуществами и недостатками. Потребляемый ток в продолжительном режиме чудовищен, поэтому обычно в QCW все и пользуются режимом с отдельными импульсами.

+Легко гонятся частоты под 5 МГц или даже выше;

Это да, сделать факельник на лампе гораздо проще.

+Можно модулировать разряд аудиосингалом или прерыванием;

А вот это зависит от режима работы. В Тесле с шифтером замодулировать получится разве что по катоду, или же, наоборот, по аноду.

-Схемы настолько просты, что построив их ничему не научишься;

В схемотехнике конечно не научишься, а вот в конструировании мощных ВЧ-генераторов вполне.

-КПД просто на дне, один накал на очень мощной лампе может сжирать под 300 Вт, обычно конечно меньше;

КПД генератора в классе С не такой убогий, как кажется. Но траты на накал всё равно не идут ни в какое сравнение с мощей, просираемой на аноде.

-Лампам приходит капут очень быстро;

Учитывая, что обычная лампа легко преодолевает порог в 1000ч, а теслы используются явно не сутками напролёт, такая конструкция надоест гораздо раньше.

Я в лампах не очень шарю)) опыта работы у меня с ними нет. Хотя их устройство и теорию работы я знаю, зачастую из советских книжек по электротехнике.

Но меня интересует такой вопрос. В VTTC первичка вводится в резонанс ? И если да то обязательно рвать прерывателем такой режим работы? Ведь мощность при таком раскладе может быть очень громадной и привести разрушению как контурного конденсатора так и сплавлению витков первички. Но слабое звено конечно активный компонент сама радиолампа которая скорей всего первая коньки двинет. Просветите пожалуйста знающие люди))

В ламповой тесле первичка в резонансе конечно же. Из-за большого импенданса, токи там гуляют не запредельные. Лампа сдохнет как раз при уходе из резонанса. Ибо тогда нагрузка становится слишком большой из-за низкого импенданса, а анодный ток запредельным. Такие дела.

kazancevss писал(а):Я в лампах не очень шарю)) опыта работы у меня с ними нет. Хотя их устройство и теорию работы я знаю, зачастую из советских книжек по электротехнике.

У меня опыт даже отрицательный — на заре качеростроительства в 17 лет пробовал лампы, но не получилось нормально ни одного девайса с их применением.
Всего пробовалось три: маленькая Тесла, драйвер строчника, и простой триодный усилок в классе А.

Первое буквально было построено из говна и палок в виде конденсатора из 2-х крышек для консервации(нужно было разводить-сводить для регулировки ёмкости), пружинки из намотанного на маркер провода(изменение индуктивности стягиванием/растягиванием), а остальные детали шли от ламповых телевизоров с мусорки(вроде слюдяных конденсаторов, похожих на ириски, железных диодов и т.д.).
Что-то оно даже выдавало, но пушист был крохотный и еще лампа быстро раскалялась внутри(это была 6П36С, тогда честно купленная на базаре).
Второе не заработало вообще никак(та же 6П36С, возможно к тому моменту уже убитая), а постройка 3-го закончилась тем что я наступил на лампу просто идя по комнате.

Тем временем у меня хорошо начал заводится качер на КТ805, строчник на 555, а там пошло-поехало: начал покупать полевики, UCC'шки, мотать GDT, генерить ШИМ на TL494 и т.д.
Если бы сразу получилось с ламповыми конструкциями — может сейчас бы выкладывал фотки как и автор. Короче, вот вам история как Женя не стал ламповиком.